2.3.2. Выбор типа энергоподвода
Как известно, имеется 5 форм движения материи [82]:
Механическое движение, рассматриваемое как перемещение земных и небесных масс.
Физическое движение, которое сводится к тепловым, электромагнитным и другим физическим процессам.
Химическое движение - в виде разъединения и соединения атомов в молекулы.
Биологическое движение, специфическое для органического мира, для явлений жизни.
Социальное движение, возникшее в результате появления человека и развитием его отличной от поведения животных целенаправленной трудовой деятельности.
Нас интересуют так называемые низшие формы движения, механическая, физическая, химическая, как соответствующие рассматриваемому объекту - объекту неживой природы.
Как было указано выше, энергия является мерой движения различных форм материи и мерой перехода движения материи из одних форм в другие. Для характеристики различных форм движения материи вводят соответствующие виды энергии. Введем их.Механическая энергия характеризует движение и взаимодействие тел и является функцией скоростей и взаимного расположения тел. Она равна сумме кинетической и потенциальной энергий [83].
Электромагнитная энергия характеризует изменение энергии некоторого объема, втекающей в этот объем через его поверхность из окружающего пространства. Электромагнитная энергия состоит из суммы энергий магнитного и электрического полей [84].
При взаимодействии атомов между ними может возникать химическая связь, приводящая к образованию устойчивой многоатомной системы-молекулы, молекулярного иона, кристалла. Чем прочнее химическая связь, тем больше энергии нужно затратить для ее разрыва; поэтому энергия разрыва связи служит мерой ее прочности. Энергия разрыва связи всегда положительна: а противном случае химическая связь самопроизвольно разрывалась бы с выделением энергии, Из этого следует, что при образовании химической связи энергия всегда выделяется за счет уменьшения потенциальной энергии системы взаимодействующих электронов и ядер.
Поэтому потенциальная энергия образующихся частиц (молекулы, кристаллы) всегда меньше, чем суммарная потенциальная энергия исходных атомов [85].Рассмотрим возможность применения этих видов энергии в нашем случае. Механическая энергия. Механическая энергия Е характеризует движение и взаимодействие тел и является функцией скоростей и взаимного расположения тел. Касательно нашей задачи это означает, что механической энергией будет являться энергия движения и взаимодействия (механического) между частицами смеси порошков. Она равна сумме кинетической К и потенциальной П энергий каждой частицы. Дня изменения механической энергии нам необходимо преодолеть силы мешающие их передвижению - потенциальных и непотенциальных сил.
Кинетическая энергия. При поступательном движении тела его кинетическая энергия равна половине произведения массы т тела на квадрат скорости и любой
где К2- кинетическая энергия тела в конечном положении, К] - кинетическая энергия в начальном положении.
Работа любых сил является мерой изменения кинетической энергии тела или материальной точки.
Потенциальной энергией. П называется часть механической энергии, зависящая от конфигурации системы, т. е. от взаимного расположения ее частей и их положения во внешнем силовом поле. Потенциальная энергия зависит от относительного расположения взаимодействующих материальных точек, тел (или их частей) и относится ко всей совокупности (системе) взаимодействующих объектов. Поэтому ее является взаимной потенциальной энергией или энергией тех или иных потенциальных взаимодействий (например, потенциальная энергия упругого взаимодействия и т. д.).
Мерой изменения потенциальной энергии системы при ее переходе из одного состояния в другое является работа потенциальных сил, осуществляющих взаимодействие между элементами системы. При этом работа Апот потенциальных сил равна изменению ДЛ потенциальной энергии системы при ее переходе из начального состояния в конечное, взятому с обратным знаком:
где П2 - потенциальная энергия системы в конечном состоянии, П/ - потенциальная энергия системы в начальном состоянии.
Потенциальной энергией.
П называется часть механической энергии, зависящая от конфигурации системы, т. е. от взаимного расположения ее частей иих положения во внешнем силовом поле. Потенциальная энергия зависит от относительного расположения взаимодействующих материальных точек, тел (или их частей) и относится ко всей совокупности (системе) взаимодействующих объектов. Поэтому ее является взаимной потенциальной энергией или энергией тех или иных потенциальных взаимодействий (например, потенциальная энергия упругого взаимодействия и т. д.).
Мерой изменения потенциальной энергии системы при ее переходе из одного состояния в другое является работа потенциальных сил, осуществляющих взаимодействие между элементами системы. При этом работа Атт потенциальных сил равна изменению А/7 потенциальной энергии системы при ее переходе из начального состояния в конечное, взятому с обратным знаком:
где #2 - потенциальная энергия системы в конечном состоянии, 77/ - потенциальная энергия системы в начальном состоянии.
Электромагнитная энергия. Энергия электромагнитного поля будет передаваться веществам с различной эффективностью. Это в первую очередь зависит от типа вещества - является оно диэлектриком или металлом. Опишем взаимодействие этих веществ с электромагнитным полем.
Диэлектрик
Магнитное поле. Взаимодействие магнитного поля с веществом зависит от его типа - диамагнетик, парамагнетик, ферромагнетик.
Электрическое поле. Диэлектрик помещенный в электрическое поле поляризуется. Поляризация диэлектрика сопровождаться изменением свободной энергии диэлектрика и появления в нем механических сил и упругих напряжений. Это ведет к изменению температуры диэлектрика. Такое изменение температуры называют электрокалорическим процессом. При конечном изменении напряженности поля от Е] до Е2 температура диэлектрика изменится на (формула приведена в гауссовой системе единиц) [84]:
где Т2 - конечная температура диэлектрика; Ті - начальная температура диэлектрика; Еі - начальное значение напряженности электрического поля; Е2 - конечное значение напряженности электрического поля; Т - абсолютная температура диэлектрика; СЕ - теплоемкость единицы объема диэлектрика при
г де
постоянной напряженности электрического поля Е; - - характеризует
дТ
изменение диэлектрической проницаемости диэлектрика при изменении его температуры.
Как видно из формулы, изменение температуры происходит только при изменении электрического поля. Изменение температуры характеризует работу внешних сил направленных на повышение энергии системы.
Электромагнитное поле. Как известно, в диэлектриках все заряды находятся в связанном состоянии. Т.к. фторопласт является диамагнетиком и т.к. магнитное поле взаимодействует только с движущимися зарядами, то электромагнитное поле с фторопластом-4 взаимодействовать будет как электрическое поле.